Diesel gây chú ý với một chất giọng trầm dễ nhận ra; anh nói rằng anh vỡ giọng khi khoảng 15 tuổi, khiến giọng anh có vẻ khá trưởng thành khi nghe qua điện thoại.[26] Anh có một người em trai sinh đôi, Paul, một em trai khác là Tim, và em gái Samantha.[17] Khoảng năm 2001, Diesel hẹn hò với nữ diễn viên cùng đóng trong Fast and the Furious với mình, Michelle Rodriguez.[27]

Diesel có một con gái, Hania Riley (sinh năm 2008), và con trai Vincent (sinh năm 2010) với bạn gái, người mẫu Mexico Paloma Jimenez.[28][29][30] Trả lời phỏng vấn tờ An tEolas, một tờ báo của Ireland, Diesel nói rằng mặc dù anh thường được coi là cứng nhắc, nhưng với tư cách một người bố thì anh khá mềm mỏng.[31] Diesel nói rằng anh thích hẹn hò ở châu Âu, vì ở đó người ta ít nhận ra anh và đó là nơi những người nổi tiếng thường không có quan hệ lãng mạn với nhau. Anh thích được riêng tư về đời sống cá nhân của mình: "Tôi sẽ không kể về cuộc sống của mình trên bìa tạp chí như một số diễn viên khác. Tôi học được cách giữ im lặng từ những người như Harrison Ford, Marlon Brando, Robert De Niro, Al Pacino."[32]

Diesel bày tỏ tình yêu của mình với đất nước Cộng hoà Dominica, và anh hiểu cũng như trân trọng sự đa dạng văn hoá ở đây.[33] Anh cũng có quen biết với tổng thống quốc gia này, Leonel Fernández, và từng xuất hiện trong một chiến dịch quảng cáo trước đây của Fernández. Los Bandoleros, một phim ngắn do Diesel đạo diễn, cũng được quay ở Cộng hoà Dominica.[34] Diesel từng chơi trò Dungeons & Dragons suốt hơn 20 năm,[35] và cũng là người viết lời tựa cho cuốn sách kỷ niệm 30 Years of Adventure: A Celebration of Dungeons & Dragons của trò chơi này. Trong số kỷ niệm lần thứ 30 của tạp chí Dragon, có một thông tin được tiết lộ rằng Diesel từng có một hình xăm giả trên bụng theo tên nhân vật của mình trong phim, Melkor, khi quay xXx.